第二章 饱和烃(II 环烷烃)

第二章饱和烃,任祥忠,深圳大学化学与化工学院,（环烷烃）,环烷烃(cycloalkane)：由饱和碳原子相互连接形成的一类碳环化合物。单环烷烃通式：CnH2n,一.分类与命名,（一）分类,（二）命名,（1）单环烷烃的命名,根据成环碳原子总数，称为“环某烷”；环上有取代基时，给取代基的位次尽量小。,环丙烷,环丁烷,环戊烷,1-甲基-2-乙基-6-异丙基环己烷,二环烷烃,分子的碳架中含有两个碳环的烃。,桥环：两个碳环共用两个或两个以上的碳原子螺环：两个碳环共用一个碳原子稠环：两个碳环共用两个碳原子（稠环是桥环的一种）,联环,桥环,螺环,稠环,（2）螺环烷烃,两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烷烃。共用的碳原子称螺碳原子。,如,可能情况下给取代基以尽量小的编号。,编号：从小环与螺原子相邻的碳原子开始，沿小环编号，经过螺原子到大环。,螺4.5癸烷,母体为：螺3.4辛烷5-甲基螺3.4辛烷,（3）桥环烷烃,两个环共用两个或两个以上碳原子的化合物称桥环化合物。,桥头碳：共用的C；桥：两个桥头碳间的碳链或键。,4-甲基-6-乙基螺2.4庚烷,2,7-二甲基螺4.5癸烷,编号从桥头碳开始，绕最长的桥到另一个桥头，再绕次长桥回来，最后再编最短的桥。可能的情况下给取代基以尽可能小的编号,2,8,8-三甲基双环3.2.1辛烷,2-甲基双环2.2.2辛烷,二、环烷烃的同分异构,（一）构造异构,（二）顺反异构,顺反异构：由于分子中与双键或环相连接的原子或原子团的相对旋转受到阻碍而产生的来立体异构称之。,两个相同的原子（团）在环的同侧为顺式构型两个相同的原子（团）在环的异侧为反式构型,分子式：C5H10,构象异构和构型异构的异同点,相同点：都表示分子中原子或原子团在空间的排布方式。,不同点：一种构型变成另一种构型需要化学键的断裂与形成。一种构象变成另一种构象只需要键的旋转。,顺-1,2-二甲基环己烷,反-1,2-二甲基环己烷,三、物理性质和化学反应,（一）物理性质,环烷烃的一半物理性质如沸点、熔点、相对密度等比同碳原子的正构烷烃要高。,（二）化学反应,（1）取代反应,结构分析：C-C，C-H键牢固，化学性质稳定，似烷烃，但C3-C4环易断裂，环可以加成，似烯烃。,（2）开环反应：小环烷烃，特别是环丙烷，和一些试剂作用时易发生开环。,催化加氢,与卤素及卤化氢加成,三员环与X2,HX在常温下即可发生开环反应，X2,HX于常温下不使四员环开环，但加热后，反应可发生。,常见环烷烃稳定性：,四、单环烷烃的结构,环烷烃的C也为SP3杂化，但为了成环，碳原子间键角很难维持109.5键角因环不同而异。,（一）角张力（anglestrain）,角张力：环烷烃碳原子间的键角必偏离正常键角。这种由于键角偏离正常键角而引起的张力称之。,碳环中碳原子键角偏离正常键角越大，角张力越大，分子越不稳定。,（二）燃烧热,（三）环丙烷,环丙烷三个原子共平面，相邻的两个C上C-H键处于重叠式，能量高。,扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力称之。,环丙烷分子中由于角张力和扭转张力均存在，分子能量高，不稳定。,通过燃烧热的测定可以推知化合物所含内能的相对大小。对环烷烃中每个化合物的CH2平均燃烧热值的比较可以推知各环烷烃相对热力学稳定性大小。,弯曲键，重叠少,三个碳原子共平面,（一）环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象,五、构象,（二）环己烷的构象,稳定的极限构象-椅式构象,环己烷的椅式构象的画法（Skeletaldrawings）,稳定性：椅式环己烷船式环己烷（椅式构象是优势构象）,椅式构象中C-C-C之间夹角为109.5，分子中无角张力及扭转张力，为无张力环。,环己烷的船式构象（存在扭转张力及跨环张力）,椅式构象中的竖键（axial）和横键（e